WO2011144402A1 - Verfahren zum herstellen einer hochspannungsschaltfunkstrecke - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer hochspannungsschaltfunkstrecke Download PDF

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Peter Niedermeier
Wolfgang Seitz
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Osram Gesellschaft mit beschränkter Haftung
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    • H01T21/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture or maintenance of spark gaps or sparking plugs

Definitions

  • the invention relates to a high voltage switching spark gap.
  • a high-voltage switching spark gap for a circuit arrangement for igniting high-pressure discharge lamps, in particular noble gas discharge lamps as they are used for example for the Kinopro ⁇ tion or metal halide discharge lamps for the film industry.
  • a sufficiently high high voltage is applied to the switching spark gap, usually via a high-voltage capacitor.
  • the switching spark gap switches on and applies the high voltage directly or via a Tesla transformer to the power supply lines or the electrodes of the high-pressure discharge lamp.
  • Switching spark gaps for example, used by the company EPCOS.
  • the maximum available breakdown voltage be ⁇ currently contributes 5.5 kV.
  • a breakdown voltage of, for example, 20 kV four of these switching spark gaps are to be connected in series since the actual sum voltage is somewhat lower than the calculated sum voltage.
  • Another disadvantage is that affect the tolerances of the individual switching spark gaps on the reliability and reproducibility of the switching behavior of the entire series circuit.
  • the object of the present invention is to provide a high-voltage switching spark gap to provide that do not have the aforementioned disadvantages and which also can be produced kos ⁇ -effectively.
  • This object is achieved by a method for Her ⁇ a Hochhardsschaltfunkens treks with fol ⁇ constricting the steps of: providing an elongated vessel, suitable for a lamp a lamp type, wherein the elongated vessel at its two ends first is still open, providing two current supply ⁇ systems, suitable for this lamp type, providing two electrodes and connecting the electrodes each with a power supply system, arranging the electrodes including the power supply systems diametrically in the elongate vessel, connecting the two power supply systems to one end of the elongated vessel by means of gas tight current feedthrough sections, filling the vessel with an inert gas or inert gas mixture and sealing the vessel.
  • Particularly advantageous embodiments can be found in the dependent claims.
  • the order of the above-defined process steps ⁇ and their actual design may vary in other respects.
  • the filling and closing of the vessel within a chamber filled with the filling gas can already take place during the formation of the gas-tight current leadthrough sections or subsequently via a pumping tube attached to the vessel, which is closed, for example by melting, after the vessel has been filled.
  • the invention naturally also includes, in addition to procedural aspects, also product aspects which are explained in the following partly interlocking.
  • the high-voltage switching spark gap is therefore produced on the basis of an elongate lamp with double-sided power supply lines.
  • various lamp types are generally suitable, in particular rod-shaped halogen incandescent lamps and discharge lamps.
  • the method according to the invention for producing a high-voltage switching spark gap has the advantage that it accesses standard components of the lamp manufacturing and therefore has cost advantages over the use of special components, even if adjustments may still be necessary in detail.
  • the high-voltage switching spark gap according to the invention can be mass-produced. Manufacture suitable for manufacturing lamps of lamp manufacturing cost.
  • Suitable lamps are the usual lamp housing made of glass, in particular quartz glass. Glass has over the also used in the lamp construction transparent ceramics the advantage of simpler and thus cheaper machining tbarkei t.
  • Various glass processing techniques for producing gas-tight lamp vessels have long been familiar in the field of lamp construction.
  • lamp types with two-sided power supply lines offer, on the one hand have an elongated lamp vessel shape to keep the necessary creepage distance for holding the voltage applied to the diametrically arranged power supply high voltage.
  • quartz glass vessels are advantageous with quartz glass vessels, as they are particularly unemp ⁇ insensitive to heat and UV radiation.
  • the high-voltage switching spark gap is based on an elongate halogen light bulb with double-sided power supply lines.
  • this can usually be made of quartz Glass existing lamp vessel, the two power supply ⁇ systems and the two gas-tight film feedthroughs, usually in the form of Molybdänfolienquetschdichtun- conditions used.
  • the rod-shaped electric ⁇ made of tungsten, is used in the simplest case.
  • the components of a long discharge lamp in particular an elongate Xe ⁇ non-short arc lamp, are also suitable.
  • the two gas up ⁇ th current lead-through sections - such as in particular in short arc xenon lamp usual - Kunststoffneinschmelzungen means of transition glasses (Stabeinschmelzung; engl. “Graded Seal”).
  • Grameinschmelzung; engl. “Graded Seal” are used
  • other lamp sealing technologies such as a foil seal (with one or more films) by means of Folieneinschmel ⁇ wetting or film pinch be considered.
  • the lamp vessel usually via an attached to the lamp vessel pump tube filled with an inert gas and then sealed.
  • An inert gas is a reaction inert gas that can control and reproducibly control even relatively high voltages.
  • the gas pressure, the nature and the gegenseiti ⁇ ge spacing of the electrodes as well as the timing of the high voltage to the electrodes (DC, AC) play a role in the targeted Einstel-.
  • Nitrogen and / or a noble gas such as argon, xenon, krypton or noble gas mixture are particularly suitable as an inert gas filling.
  • Typical filling pressures Depending on the targeted breakdown voltage up to about 3 bar at electrode distances of typically a few mm to a few cm.
  • Embodiment of a high-voltage switching spark gap on the basis of a halogen incandescent lamp with double-sided power supply.
  • the elongated spark gap vessel 2 consists of a tubular discharge vessel 3 with a circular cross section and at its two ends diametrically arranged gas-tight current lead-through sections 4, 5.
  • the entire spark gap vessel 2 is made of quartz glass and ent ⁇ speaks the lamp vessel used for the underlying rod-shaped Halo ⁇ geneglühlampe ,
  • the two current ⁇ lead- through sections 4, 5 are formed as Folienquetschdi- lines, as usual in the underlying rod-shaped Halogenglühlampentyp.
  • a molybdenum foil 6, 7 in an extension of the discharge container 3 gas-tight squeezed. From the outside, each molybdenum foil 6, 7 is connected to an external power supply 8, 9 made of a molybdenum wire. Inside each molybdenum foil 6, 7 is connected to a pin-shaped electrode 10, 11 made of tungsten. The electrode pins 10, 11 are arranged axially diametrically.
  • the tips of the two electrodes have a mutual distance d E of about 14 mm.
  • the length (of the discharge vessel 3 is approximately 25 mm.
  • the length L of the entire transmission path vessel 2 is about 55 mm.
  • the spark gap vessel 2 is nitrogen (N 2) filled at a pressure of 2.5 bar. Since ⁇ is with a AC breakdown voltage of about 45 kV achieved.
  • the preparation of the high voltage shown in FIG. 1 switching spark gap may advantageously under ⁇ To aid of the respective production machines take place for the underlying tungsten halogen lamp.
  • ⁇ spark gap is particularly fast and cost possible borrowed.
  • the production can also be partially or fully manual, depending on the Indeedbe ⁇ may. In any case, first from the middle From formed ⁇ section of a quartz glass tube of length L of 55 mm, the discharge vessel 3 with the length (approximately 25 mm and a diameter of about 10 mm.

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Abstract

Erfindungsgemäß wird die Hochspannungsschaltfunkenstrecke (1) auf der Basis einer länglichen Lampe mit beidseitigen Stromzuführungen (6, 8; 7, 9) hergestellt. Dazu eignen sich generell verschiedene Lampentypen, insbesondere stabförmige Halogenglühlampen sowie Entladungslampen. Wenn eine stabförmige Halogenglühlampe zugrunde gelegt wird, wird die Glühwendel durch zwei stiftförmige Elektroden (10, 11) ersetzt. Ein Vorteil ist, dass das Verfahren auf Standard-Komponenten der Lampenherstellung zugreift und deshalb kostengünstig ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsschaltfunkenstrecke
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsschaltfunkenstrecke. Insbesondere betrifft sie eine Hochspannungs- schaltfunkenstrecke für eine Schaltungsanordnung zum Zünden von Hochdruck-Entladungslampen, insbesondere Edelgas- Entladungslampen wie sie beispielsweise für die Kinopro¬ jektion verwendet werden oder auch Metallhalogenid- Entladungslampen für die Filmindustrie. Dabei wird eine ausreichend hohe Hochspannung an die Schaltfunkenstrecke gelegt, üblicherweise über einen Hochspannungskondensator. Beim Erreichen der Durchbruch- spannung schaltet die Schaltfunkenstrecke durch und legt die Hochspannung direkt oder über einen Tesla- Transformator an die Stromzuführungen bzw. die Elektroden der Hochdruck-Entladungslampe.
Je nach Hochdruck-Entladungslampentyp und Zündschaltungs- typ sind unterschiedlich hohe Zündspannungen erforderlich, bei Edelgas-Entladungslampen bis zu typisch 40 kV oder mehr. Diese relativ hohen Zündspannungen - für kalte und insbesondere für heiße Edelgas-Entladungslampen - werden durch die Edelgasfüllung, beispielsweise nur Xenon oder Edelgasgemische, verursacht.
Stand der Technik
Für Schaltungsanordnungen zum Zünden von Hochdruck- Entladungslampen werden bisher kommerziell erhältliche Schaltfunkenstrecken, beispielsweise von der Firma EPCOS, verwendet. Die maximal verfügbare Durchbruchspannung be¬ trägt derzeit 5,5 kV. Für eine Durchbruchspannung von beispielsweise 20 kV sind also schon vier dieser Schalt- funkenstrecken in Serie zu schalten, da die tatsächliche Summenspannung etwas geringer ist als die rechnerische Summenspannung. Ein weiterer Nachteil ist, das sich die Toleranzen der einzelnen Schaltfunkenstrecken auf die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des Schaltverhaltens der gesamten Serienschaltung auswirken.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hoch- spannungsschaltfunkenstrecke bereit zu stellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist und sich zudem kos¬ tengünstig herstellen lässt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Her¬ stellen einer Hochspannungsschaltfunkens trecke mit fol¬ genden Verfahrensschritten: Bereitstellen eines länglichen Gefäßes, geeignet für eine Lampe eines Lampentyps, wobei das längliche Gefäß an seinen beiden Enden zunächst noch offen ist, Bereitstellen von zwei Stromzuführungs¬ systemen, geeignet für diesen Lampentyp, Bereitstellen von zwei Elektroden und Verbinden der Elektroden mit je einem Stromzuführungssystem, Anordnen der Elektroden einschließlich der Stromzuführungssysteme diametral in dem länglichen Gefäß, Verbinden der beiden Stromzuführungssysteme mit jeweils einem Ende des länglichen Gefäßes mittels gasdichter Stromdurchführungsabschnitte, Füllen des Gefäßes mit einem Inertgas oder Inertgasgemisch und Verschließen des Gefäßes. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Darüber hinaus wird Schutz beansprucht für eine mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Hochspan- nungsschaltfunkenstrecke .
Die Reihenfolge der vorstehend definierten Verfahren¬ schritte und ihre konkrete Ausführung können im Übrigen variieren. Insbesondere kann beispielsweise das Befüllen und Verschließen des Gefäßes innerhalb einer mit dem Füllgas befüllten Kammer bereits beim Ausbilden der gasdichten Stromdurchführungsabschnitte erfolgen oder aber anschließend über ein an das Gefäß angesetztes Pumprohr, das nach dem Befüllen des Gefäßes z.B. durch Abschmelzen verschlossen wird. Außerdem umfasst die Erfindung neben Verfahrensaspekten naturgemäß auch Erzeugnisaspekte, die im Folgenden teils beide ineinandergreifend erläutert sind .
Erfindungsgemäß wird die Hochspannungsschaltfunkenstrecke also auf der Basis einer länglichen Lampe mit beidseiti- gen Stromzuführungen hergestellt. Dazu eignen sich generell verschiedene Lampentypen, insbesondere stabförmige Halogenglühlampen sowie Entladungslampen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsschaltfunkenstrecke hat den Vorteil, dass es auf Standard-Komponenten der Lampenherstellung zugreift und deshalb Kostenvorteile gegenüber der Verwendung von Spe- zialbauteilen hat, auch wenn im Detail noch Anpassungen erforderlich sein können. Außerdem lassen sich die erfindungsgemäßen Hochspannungsschaltfunkenstrecke auf massen- fertigungstauglichen Maschinen der Lampenherstellung kostengünstig herstellen.
Für die Ausgangsmaterialien der erfindungsgemäßen Hoch- spannungsschaltfunkenstrecke kommen generell verschiedene Lampentypen in Betracht, solange deren Lampengefäße aus¬ reichend stabil sind, um den Belastungen durch Ultravio¬ lett (UV) -Strahlung und Hitzeentwicklung aufgrund des Funkens auch über längere Nutzungsdauern standzuhalten. Geeignet sind die im Lampenbau üblichen Lampengefäße aus Glas, insbesondere Quarzglas. Glas hat gegenüber den im Lampenbau ebenfalls verwendeten transparenten Keramiken den Vorteil der einfacheren und damit kostengünstigeren Bearbei tbarkei t . Verschiedene Glasbearbeitungstechniken zum Herstellen gasdichter Lampengefäße sind im Lampenbau seit längerem geläufig. Außerdem ist bei der Auslegung der Hochspannungsschaltfunkenstrecke zu berücksichtigen, dass gerade während der Zündung von Edelgas- Kurzbogenlampen unter Umständen hohe Stossströme fließen und Durchbruchspannungen von z.B. 50 kV oder mehr an den Stromzuführungen anliegen. Vor diesem Hintergrund bieten sich Lampentypen mit beidseitigen Stromzuführungen an, die zum einen eine längliche Lampengefäßform aufweisen, um die notwendige Kriechstrecke zum Halten der an den diametral angeordneten Stromzuführungen anliegende Hoch- Spannung zu halten. Zum anderen sind Lampentypen mit Quarzglasgefäßen vorteilhaft, da diese besonders unemp¬ findlich gegenüber Hitze und UV-Strahlung sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform basiert die Hochspannungsschaltfunkenstrecke auf einer länglichen Halo- genglühlampe mit beidseitigen Stromzuführungen. Dabei können das bei diesem Lampentyp üblicherweise aus Quarz- glas bestehende Lampengefäß, die beiden Stromzuführungs¬ systeme und die beiden gasdichten Foliendurchführungen, üblicherweise in Form von Molybdänfolienquetschdichtun- gen, verwendet werden. Einzig anstelle der Glühwendel für eine Halogenglühlampe werden für die erfindungsgemäße Hochspannungsschaltfunkenstrecke zwei geeignet beabstan- dete Elektroden, im einfachsten Fall stabförmige Elektro¬ den aus Wolfram, verwendet.
Alternativ eignen sich auch die Komponenten einer längli- chen Entladungslampe, insbesondere einer länglichen Xe¬ non-Kurzbogenlampe. Dabei können für die beiden gasdich¬ ten Stromdurchführungsabschnitte - wie insbesondere bei Xenon-Kurzbogenlampe üblich - Stufeneinschmelzungen mittels Übergangsgläser (Stabeinschmelzung; engl. „Graded Seal") verwendet werden. Aber auch andere Lampendichtungstechnologien, beispielsweise eine Foliendichtung (mit einer oder mehreren Folien) mittels Folieneinschmel¬ zung oder Folienquetschung kommen in Betracht.
Jedenfalls wird das Lampengefäß, üblicherweise über ein an dem Lampengefäß angesetztem Pumprohr, mit einer Inertgasfüllung befüllt und anschließend verschlossen. Ein Inertgas ist ein reaktions träges Gas, das auch relativ hohe Spannungen kontrolliert und reproduzierbar schalten kann. Neben der Gasart spielen für die gezielte Einstel- lung einer vorgesehenen Durchbruchspannung unter anderem auch der Gasdruck, die Beschaffenheit und der gegenseiti¬ ge Abstand der Elektroden sowie der zeitliche Verlauf der Hochspannung an den Elektroden (Gleichspannung, Wechselspannung) eine Rolle. Als Inertgasfüllung eignen sich insbesondere Stickstoff und/oder ein Edelgas wie Argon, Xenon, Krypton oder Edelgasgemisch. Typische Fülldrücke betragen je nach angestrebter Durchbruchspannung bis zu ca. 3 bar bei Elektrodenabständen von typisch einigen mm bis einigen cm.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungs- beispiels näher erläutert werden. Die Figur zeigt:
Fig. Ausführungsbeispiel einer Hochspannungsschaltfunkenstrecke auf der Basis einer Halogenglühlampe mit beidseitigen Stromzuführungen.
Bevorzugte Ausführung der Erfindung
In der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Hochspan- nungsschaltfunkenstrecke 1 schematisch dargestellt. Diese basiert auf einer länglichen Halogenglühlampe mit beid¬ seitigen Stromzuführungen, wie sie beispielsweise für die Studio- und Filmbeleuchtung Verwendung findet, d.h. es wird hier - mit Ausnahme der Glühwendel - auf die übli- chen Komponenten dieses Lampentyps zurückgegriffen. Das längliche Funkenstreckengefäß 2 besteht aus einem rohr- förmigen Entladungsgefäß 3 mit kreisförmigem Querschnitt sowie an dessen beiden Enden diametral angeordneten gasdichten Stromdurchführungsabschnitten 4, 5. Das gesamte Funkenstreckengefäß 2 besteht aus Quarzglas und ent¬ spricht dem für die zugrunde liegende stabförmige Halo¬ genglühlampe verwendeten Lampengefäß. Die beiden Strom¬ durchführungsabschnitte 4, 5 sind als Folienquetschdich- tungen ausgebildet, wie bei dem zugrunde liegenden stab- förmigen Halogenglühlampentyp üblich. Dabei ist jeweils eine Molybdänfolie 6, 7 in einer Verlängerung des Entla- dungsgefäßes 3 gasdicht eingequetscht. Von Außen ist jede Molybdänfolie 6, 7 mit einer äußeren Stromzuführung 8, 9 aus einem Molybdändraht verbunden. Im Inneren ist jede Molybdänfolie 6, 7 mit einer stift förmigen Elektrode 10, 11 aus Wolfram verbunden. Die Elektrodenstifte 10, 11 sind axial diametral angeordnet. Die Spitzen der beiden Elektroden haben einen gegenseitigen Abstand dE von ca. 14 mm. Die Länge ( des Entladungsgefäßes 3 beträgt ca. 25 mm. Die Länge L des gesamten Funkenstreckengefäßes 2 beträgt ca. 55 mm. Das Funkenstreckengefäß 2 ist mit Stickstoff (N2) bei einem Druck von 2,5 bar gefüllt. Da¬ mit wird eine AC-Durchbruchspannung von ca. 45 kV erzielt.
Die Herstellung der in der Fig. gezeigten Hochspannungs- schaltfunkenstrecke 1 kann vorteilhafter Weise unter Zu¬ hilfenahme der entsprechenden Fertigungsmaschinen für die zugrunde liegende Halogenglühlampe erfolgen. Damit ist die erfindungsgemäße Herstellung der Hochspannungsschalt¬ funkenstrecke besonders schnell und kostengünstig mög- lieh. Prinzipiell kann die Herstellung aber auch teilweise oder vollständig manuell erfolgen, je nach Stückbe¬ darf. Jedenfalls wird zunächst aus dem mittleren Ab¬ schnitt eines Quarzglasrohrs der Länge L von 55 mm das Entladungsgefäß 3 mit der Länge ( von ca. 25 mm und einem Durchmesser von ca. 10 mm geformt. Dann werden zwei streifenförmige Molybdänfolien 6, 7 jeweils an ihrem ers¬ ten Ende mit einem Molybdändraht 8, 9 als äußerer Strom¬ zuführung zu zwei Stromzuführungssystemen verbunden. Das jeweilige andere Ende jeder Molybdänfolie 6, 7 wird mit einem Wolframstift 10, 11 als Elektrode verbunden und so zu einem Elektrode-Stromzuführungssystem vervollständigt. Die beiden Elektrode-Stromzuführungssysteme 10, 6, 8 bzw. 11, 7, 9 werden in je einem Ende des Funkenstreckengefä¬ ßes 2 angeordnet und mittels Quetschdichtung im Bereich der Molybdänfolien 6, 7 gasdicht verbunden. Nach dem Spü- len, Abpumpen und schließlich Befüllen des Funkenstreckengefäßes 2 mit 2,5 bar Stickstoff über ein an das Ent¬ ladungsgefäß 3 angesetztes Pumprohr wird letzteres zur sogenannten Pumpspitze 12 abgeschmolzen und dadurch gasdicht verschlossen. Damit ist die Hochspannungsschaltfun- kenstrecke 1 fertig.

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Herstellen einer Hochspannungsschalt- funkenstrecke (1) mit folgenden Verfahrensschritten:
- Bereitstellen eines länglichen Gefäßes (2), geeignet für eine Lampe eines Lampentyps, wobei das längliche Gefäß (2) an seinen beiden Enden zunächst noch offen ist,
- Bereitstellen von zwei Stromzuführungssystemen (6, 8; 7, 9), geeignet für diesen Lampentyp,
- Bereitstellen von zwei Elektroden (10; 11) und Verbinden der Elektroden (10; 11) mit je einem Stromzuführungssystem (6, 8; 7, 9),
- Anordnen der Elektroden (10; 11) einschließlich der Stromzuführungssysteme (6, 8; 7, 9) diametral in dem länglichen Gefäß (2),
- Verbinden der beiden Stromzuführungssysteme (6, 8;
7, 9) mit jeweils einem Ende des länglichen Gefä¬ ßes (2) mittels gasdichter Stromdurchführungsab¬ schnitte,
- Füllen des Gefäßes (2) mit einem Inertgas oder Inertgasgemisch und Verschließen des Gefäßes (2).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Lampentyp eine längliche Halogenglühlampe zugrunde gelegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die gasdichten Stromdurchführungsabschnitte jeweils eine Fo¬ liendichtung verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die beiden Stromzuführungssysteme (6, 8; 7, 9) jeweils eine Molybdänfo¬ lie (6; 7) umfassen und wobei die beiden Molybdänfo¬ lien (6; 7) jeweils in einer der Foliendichtungen gasdicht eingequetscht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Lampentyp eine längliche Entladungslampe, insbesondere Xenon- Entladungslampe, zugrunde gelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, wobei für die gasdichten Stromdurchführungsabschnitte jeweils eine Stufeneinschmelzung mittels Übergangsgläser verwendet wird .
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Inertgasfüllung Stickstoff und/oder ein Edelgas oder Edelgasgemisch verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Befüllen des Gefäßes mit der Inertgasfüllung mittels an dem Gefäß angesetztem Pumprohr erfolgt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektroden (10; 11) stabförmig sind.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gefäß (2) aus Glas, bevorzugt Quarzglas, be¬ steht .
11. Hochspannungsschaltfunkenstrecke (1), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem länglichen Gefäß (2), darin angeordneten zwei Elektroden (10; 11), die jeweils mit einem Stromzuführungssystem (6, 8; 7, 9) verbunden sind, wobei die beiden Stromzuführungssysteme (6, 8 ; 7, 9) mit je einem Ende des Gefäßes (2) mittels gas¬ dichter Stromdurchführungsabschnitte verbunden sind.
PCT/EP2011/056140 2010-05-18 2011-04-18 Verfahren zum herstellen einer hochspannungsschaltfunkstrecke WO2011144402A1 (de)

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